LAPORAN

LABORATORIUM LANJUT I

G E O F I S I K APENGARUH PEMBERIAN TEKANAN TERHADAP

RESISTIVITAS TANAH

Pembimbing : Dr. Widya Utama, DEA.

Kelompok II:

1. Tofan Tri Oktara (1107200102)2. Ali Maschur (1107201703)3. Anis Nur Laili (1107201713)4. Irwan B. (1107201728)5. Khusnul Umarok (1107201733)6. Rohadiana DN. (1107201748)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOVEMBER SURABAYA

2007

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Pada suatu keruntuhan akibat geseran, tegangan-tegangan yang timbul di

dalam sistem tanah, dan ini pada umumnya mengakibatkan runtuhnya sistem

tersebut. Keruntuhan dapat terjadi sebagai akibat menurunnya kekuatan tanah

sepanjang bidang tersebut.

Kekuatan tanah seringkali menurun selama terjadinya gempa bumi, akibat

tanah mengalami suatu kondisi pembebanan siklus. Banyak tanah sangat peka

terhadap pembekuan air akan mengembang selama temperatur beku,

menyebabkan kerusakan pada jalan raya, fondasi gedung, dinding penahan dan

bangunan-bangunan lainnya.

Kekuatan tanah sangat berpengaruh pada pembangunan sebuah jalan atau

bangunan lainnya. Kekuatan tanah bergantung pada kondisi kepadatan tanah.

Kepadatan tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya type tanah dan

kadar air. Kepadatan tanah ini akan mempengaruhi porositas tanah. Porositas ini

akan berperan penting dalam konduktivitas listrik suatu bahan, sedangkan

konduktivitas mempengaruhi nilai resistivitas. Selain itu, kepadatan tanah juga

sangat dipengaruhi oleh kuat tekan bebas yang dapat dilakukan dengan pemberian

tekanan. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dicari hubungan antara besarnya

pemberian tekanan terhadap resistivitas tanah.

2

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka yang

menjadi rumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana pengaruh

pemberian tekanan terhadap resistivitas tanah.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemberian

tekanan terhadap resistivitas tanah.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini adalah:

- Penentuan jenis tanah digunakan sistem klasifikasi tanah menurut USCS.

- Pengukuran resitivitas tanah dalam laboratorium.

- Tekanan diasumsikan sebagai banyaknya pukulan pada Proctor Standart.

- Kuat tekan bebas dan kuat geser.

3

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 TANAH

2.1.1. Sifat Alami Tanah

Tanah adalah akumulasi partikel mineral yang tidak mempunyai

atau lemah ikatan partikelnya, yang terbentuk karena pelapukan dari batuan. Tanah

didefinisikan sebagai material yang terdiri dari butiran (agregat) mineral-

mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dari

bahan-bahan organik yang telah melapuk (berpartikel padat) disertai dengan

zat cair dan gas yang mengisi ruang kosong diantara partikel-partikel pada

tanah (Prasetya, 2004). Diantara partikel-partikel tanah terdapat ruang

kosong yang disebut pori-pori (void space) yang berisi air dan udara. Ikatan

yang lemah antara partikel-partikel tanah yang disebabkan oleh adanya

material organik. Secara umum tanah dapat dikelompokkan menjadi :

a) Tanah sisa (residual soil), yaitu tanah hasil pelapukan yang tetap berada di

tempat semula.

b) Tanah bawaan (transportation soil) yaitu tanah hasil pelapukan yang

terangkut ke tempat lain dan mengendap di beberapa tempat yang

berlainan. Media pengangkut tanah berupa gaya gravitasi, angin, air dan

gletsyer.

Proses penghancuran dalam pembentukan tanah dari batuan terjadi

secara fisis atau kimia. Proses fisis antara lain berupa erosi akibat tiupan angin,

pengikisan oleh air dan gletsyer atau perpecahan akibat pembentukan dan

pencairan es dalam batuan.

4

Tanah yang terjadi akibat penghancuran tersebut di atas tetap mempunyai

komposisi yang sama dengan batuan asalnya. Proses kimiawi menghasilkan

perubahan pada susunan mineral batuan asalnya. Salah satu penyebabnya

adalah air yang mengandung asam atau alkali oksigen dan karbondioksida.

2.1.2. Klasifikasi Tanah

Klasifikasi tanah adalah cara untuk menentukan jenis tanah sehingga

diperoleh gambaran sepintas tentang sifat-sifat tanah. Sebagaimana

diketahui tanah terbentuk sebagai akibat perubahan cuaca, keadaan

medan dan adanya tumbuh-tumbuhan selama waktu yang lama.

Sehingga untuk mendiskripsi tanah dibutuhkan pengetahuan tentang

sifat-sifat asli tanah, formasi batuannya, ukuran butirnya, warna, tekstur

dan konsistensi dari tanah yang bersangkutan. Untuk memperoleh basil

klasifikasi yang obyektif, biasanya tanah secara sepintas dibagi dalam tanah

berbutir kasar dan berbutir halus berdasarkan suatu hasil analysa mekanis.

Ada dua cara yang paling umum untuk menentukan klasifikasi tanah,

yaitu cara AASHTO dan cara USCS. Cara USCS (Unified Soil Classification

System), sistem ini diusulkan oleh Prof. Arthur Cassagrande.

· Dasar Si s tem Unif ied

Sistem ini didasarkan pada sifat tekstur tanah.

· Pengelompokan Tanah

Sistem ini menempatkan tanah dalam 3 kelompok:

a. Tanah berbutir kasar

b. Tanah berbutir halus

c. Tanah organik.

5

Terdapat tiga parameter tanah yang dapat digunakan untuk

mengklasifikasikan tanah, yaitu:

1. Ukuran efektif, terdiri atas:

a. D10 merupakan diameter tanah dimana 10% darai total butiran lolos

b. D30 merupakan diameter tanah dimana 10% darai total butiran lolos

c. D60 merupakan diameter tanah dimana 10% darai total butiran lolos

2. Koefisien Keseragaman (Cu)

Cu =D60

D10 ..……………..2.1

3. Koefisien Gradasi (Cc)

Cc = D230

D60 D10 ..……………..2.2

2.1.3. Komposisi Tanah

Tanah yang terdapat di alam pada umumnya terdiri atas:

Butiran tanah yang padat

Air

Udara

Apabila volume total dari tanah adalah V, maka:

V = Vb + Va + Vu .........................2.3

Perbandingan Vp dengan Vb menghasilkan suatu nilai yang disebut

sebagai angka pori (e) yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

e =V p

V b .........................2.4

6

Sedangkan perbandingan Vp dengan V menghasilkan suatu besaran

yang disebut porositas () dan dapat ditulis

φ=V p

V .........................2.5

Angka yang menunjukkan perbandingan antara volume air dan volume

pori disebut sebagai derajat saturasi (Sr) dan dapat dinyatakan

Sr =

V a

V p× 100%

.........................2.6

dengan : Va = Volume air

Vp = Volume pori

Vu = Volume udara

Tanah dan air memiliki hubungan dalam berat maupun volume yang

dapat dijabarkan sebagai berikut:

1. Kadar air (Wc) ialah angka yang menunjukkan perbandingan antara

berat air dengan berat butir tanah (dinyatakan dalam persen).

W c =W a

W b×100 %

.........................2.7

2. Berat volume () ialah angka yang menunjukkan perbandingan

antara berat dan volume tanah (gr/cc).

γ=WV .........................2.8

3. Berat volume butir (b) ialah anggka yang menunjukkan

perbandingan antara berat butir tanah dengan volume butir tanah

(gr/cc).

7

γb=W b

W b .........................2.9

4. Berat volume kering (d) ialah angka yang menunjukkan

perbandingan antara berat butir tanah dengan volume total (gr/cc).

γd=W b

V .........................2.10

5. Berat volume air (a) ialah angka yang menunjukkan perbandingan

berat air dengan volume total (gr/cc).

γa=W a

V .........................2.11

6. Specify gravity (Gs) ialah angka yang menunjukkan perbandingan

antara berat volume butir tanah dengan berat volume air.

Gs=γ b

γ a .........................2.12

dari perbandingan di atas didapatkan hubungan yaitu:

γ=γ aGs

e+1

Sr=W c Gs

eγ=γ d (1+W c ) .........................2.13

2.1.4. Penyusutan dan Perubahan Volume

Perubahan volume merupakan masalah yang serius dari tanah

yang mudah mengalami penyusutan. Keadaan ini dapat terjadi pada

setiap tanah kohesif tetapi lebih jelas terl ihat pada daerah kering

atau dimana terdapat montmorilonit yang aktif dan bentonit, mineral-

mineral lempung yang tidak cukup mengalami pelapukan untuk dapat

8

(a) Ideal (b) Pembesaran bidang A-A

Gambar 2.1. Idealisasi volume tanah untuk membentuk konsep tegangan efektif dan pengaruh tekanan pori terhadap tegangan efektif.

berada dalam keadaan yang kurang aktif. Sebagian besar daerah di barat

dan barat daya Amerika Serikat, Australia, India, Timur Tengah dan

bagian selatan Afrika ditutupi oleh tanah yang mudah mengalami

perubahan volume yang menimbulkan masalah-masalah teknis yang

cukup berarti. Tanah-tanah kohesif di daerah-daerah lainnya biasanya

mengalami perubahan volume yang lebih kecil yang tetap saja merupakan suatu

gangguan walaupun tidak sampai menimbulkan masalah-masalah yang serius.

2.2 Tekanan Efektif

Konsep tekanan efektif adalah salah satu faktor terpenting dalam analisis

stabilitas dalam pekerjaan geoteknik. Air pori atau air pori kelebihan dan adanya

tekanan berpengaruh dalam terbentuknya tegangan efektif. Sejumlah besar

keruntuhan disebabkan oleh timbulnya tekanan pori kelebihan. Gambar

2.1.a .memperlihatkan massa tanah di lapangan yang didukung secara vertikal

(dan secara lateral) oleh kontak-kontak antarbutir. Fluida pori udara untuk tanah

kering dapat memengaruhi tegangan-tegangan kontak dalan jumlah yang

bervariasi. Apabila cairan pori tersebut berupa udara pada tekanan atmosfer,

pengaruh ini dapat diabaikan karena tahanan gesernya sangat kecil. Adapun,

fluida pori yang berupa cairan akan memberikan pengaruh ynag lebih berarti.

Pada umumnya cairan pori berupa air, tapi juga berlaku untuk fluida-fluida

lainnya.

9

Tekanan kontak dari butir-butir yang mengimbangi beban vertikal Pt di

atas bidang A-A dalam Gambar 2.1.b. disebut tekanan efektif. Tekanan inilah

yang membentuk suatu tahanan gesek Ff terhadap gerakan-gerakan partikel seperti

terguling dan tergelincir.

Ff = υ N .........................2.14

di mana υ = koefisien gesek antara bahan-bahan (butir-butir)

N = gaya kontak normal

Tahanan gesek biasanya merupakan faktor penting dalam stabilitas massa

dan kemampuan tanah untuk menahan beban pondasi. Dalam kasus blok baja

yang datar seberat P dan luas kontak A di atas balok yang kedua, tegangan efektif

normal (σ’) akan didistribusikan secara merata dan secara langsung.

σ '= PA .........................2.15

Gambar 2.1.a. adalah pembesaran bidang horisontal A-A pada gambar

2.1.a. Bidang ini diambil sedemikian sehingga memotong kontak-kontak

antarbutir yang terdekat. Tegangan efektif σ’ dihitung secara nominal dari Gambar

2.1.a adalah

σ '=P t

A=γ tanah

hA .........................2.16

Tegangan antar butir dihitung

σa’ =

P t

Ac .........................2.17

dengan Ac adalah jumlah dari seluruh luas kontak sepanjang bidang A-A.

10

Apabila butir-butir berbentuk bulat maka luas kontaknya akan berupa titik

sehingga Ac akan bernilai sangat kecil dan tegangan-tegangan σa’ akan lebih besar

dari tegangan-tegangan nominal σ’. Apabila Pt cukup besar, beberapa titik

kontaknya akan hancur.

2.3 Keruntuhan

Salah satu hal yang terpenting dalam studi mekanika tanah adalah

perkiraan mengenai besarnya tegangan akibat suatu pembebanan yang akan

menghasilkan deformasi berlebihan, yang disebut tegangan runtuh. Setiap beban

akan menghasilkan tegangan dan regangan yang dapat berintegrasi pada zona

tegangan yang yang ditinjau untuk menyebabkan deformasi. Deformasi disebut

juga penurunan. Penurunan disebabkan adanya integrasi regangan (deformasi per

satuan panjang) sepanjang kedalaman panjang total. Adapun tegangan lawan

(resisting stress) terbentuk apabila suatu material mengalami pembebanan. Studi

kekuatan bahan diarahkan untuk mengevaluasi :

a. Besarnya tegangan yang dihasilkan (σ)

b. Apakah tegangan tersebut akan menyebabkan keruntuhan bahan.

c. Besarnya regangan (є)

Tanah merupakan material yang berbutir, keruntuhan terutama disebabkan

oleh terguling dan tergelincirnya butiran-butiran dan bukan oleh tarikan atau

tekanan yang sederhana saja. Oleh karena sifat keruntuhan ini, tegangan yang

perlu ditinjau adalah tegangan geser dan tahanan tanah atau kekuatan yang digeser

adalah kuat geser. Secara konsep, kekuatan tanah sangat berbeda dengan kekuatan

ultimit dari bahan-bahan seperti baja atau beton.

11

Pada daerah yang mengalami pembebanan terdapat zona pembebanan,

yang akan menghilang apabila tegangan tersebut terlalu besar sehingga

menyebabkan keruntuhan. Keruntuhan didefinisikan sebagai suatu perubahan

yang cukup besar atau perubahan dalam struktur tanah yang disertai dengan

deformasi yang cukup berarti dan perluasan zona tegangan sampai deformasi itu

terhenti.

Apabila suatu fluida, biasanya air, terdapat dalam rongga tanah, gulingan-

gulingan dan gelinciran-gelinciran partikel akan ditahan oleh fluida pori tersebut.

Besarnya tahanan akan sebanding dengan jumlah fluida pori yang terdapat dalam

batas-batas kejenuhan dari 0 sampai 100 persen. Lamanya tahanan fluida pori

tergantung pada koefisien permeabilitas efektif k.

2.4 Konsolidasi Tanah

Semua tanah yang mengalami tegangan akan mengalami regangan di

dalam kerangka tanah tersebut. Bekerjanya tegangan terhadap tanah berbutir halus

yang jenuh atau hampir jenuh akan menghasilkan regangan yang bergantung

terhadap waktu. Penurunan yang dihasilkan akan bergantung juga terhadap waktu

yang disebut sebagai penurunan konsolidasi atau konsolidasi.

Jangka waktu terjadinya penurunan konsolidasi bergantung pada

bagaimana cepatnya tekanan pori yang berlebih akibat beban yang bekerja dapat

dihilangkan dengan menentukan berapa jauh jarak air pori yang harus dikeluarkan

dari pori-pori yang ukurannya bertambah kecil untuk meniadakan tekanan yang

berlebihan dan koefisien permeabilitasnya.

Parameter konsolidasi suatu tanah adalah indeks tekanan dan koefisien

konsolidasi. Indeks berhubungan dengan berapa besar konsolidasi atau penurunan

12

yang akan terjadi. Koefisien konsolidasi berhubungan dengan berapa lama suatu

konsolidasi tertentu akan terjadi. Parameter konsolidasi dapat diperoleh dari uji

konsolidasi di laboratorium. Uji konsolidasi akan menghasilkan penggambaran

regangan є terhadap log p maupun angka pori e terhadap log p. Kurva є atau e

terhadap log p menerangkan penurunan contoh tanah di laboratorium akibat

pembebanan.

2.5 Kuat Geser Tanah

Suatu beban yang dikerjakan pada suatu massa tanah akan menghasilkan

tegangan-tegangan dengan intensitas yang berbeda. Besarnya kuat geser tidak

memiliki satu nilai tunggal, tetapi dipengaruhi oleh faktor :

1. Keadaan tanah – angka pori, ukuran butir, dan bentuk.

2. Jenis tanah – pasir, berpasir, kerikil atau jumlah relatif dari bahan-bahan

yang ada.

3. Kadar air.

4. Jenis beban dan tingkatnya, dari teori konsolidasi dapat diketahui bahwa

beban yang cepat akan menghasilkan tekanan yang berlebihan.

5. Anisotropis. Kekuatan yang tegak lurus terhadap bidang dasar akan

berbeda jika dibandingkan dengan kekuatan yang sejajar dengan bidang

tersebut.

Adapun dalam laboratorium, kuat geser dipengaruhi oleh

1. Metode pengujian

2. Gangguan tarhadap contoh tanah

3. Kadar air.

4. Tingkat regangan

13

2.6 Sifat Kelistrikan Batuan

2.6.1 Muatan Listrik dan Materi

Ada hubungan yang erat antara muatan listrik dan materi terutama dalam

hubungan sifat fisis suatu materi dengan muatan listriknya. Materi yang kita

jumpai sehari-hari merupakan kumpulan sejumlah besar atom atau molekul.

Molekul terdiri atas atom-atom, sedangkan atom-atom itu sendiri terdiri dari inti

yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh awan elektron yang bermuatan

negatif.

Batuan merupakan suatu jenis materi sehingga batuan mempunyai sifat-

sifat kelistrikan. Sifat kelistrikan adalah karakteristik dari batuan bila dialirkan

arus listrik ke dalamnya. Arus listrik ini dapat berasal dari alam itu sendiri akibat

terjadinya ketidakseimbangan atau arus listrik yang sengaja diinjeksikan ke

dalamnya.

2.6.2 Konduktivitas Listrik

Arus listrik dapat menjalar dalam batuan dan mineral dengan tiga cara,

yaitu dengan cara elektronik (ohm), elektrolisis dan konduksi dielektrik. Karena

pengaruh perubahan medan listrik, electron pada atom memisahkan diri dari inti.

Pemisahan muatan positif dan negatif ini menyebabkan polarisasi dielektrik dari

material. Dalam kasus ini, konduksi dielektrik adalah hasil dari perubahan

polarisasi elektronik, ionic dan molecular menyebabkan perubahan medan listrik.

1. Konduksi elektronik

14

Resistivitas listrik pada sebuah silinder pejal dengan panjang L dan

luas penampang A, mempunyai harga resistan R di antara permukaannya :

ρ = RAL .........................2.18

di mana :A = luas (meter2)

L = panjang (meter)

R = hambatan/resistan (ohm)

= hambatan jenis/resistivitas (ohm-meter)

Dari hukum ohm, resistan merupakan banyaknya tegangan yang

terukur pada luasan silinder, terhadap resultan aliran arus yang melewatinya :

R = VI .........................2.19

dengan : R = tahanan jenis/resistan (ohm)

V = tegangan (volt)

I = arus (ampere)

Resistivitas berbanding terbalik dengan konduktivitas () yang

satuannya mho/m atau mho/cm.

σ = 1ρ = L

RA =I

AV

L

= jE .........................2.20

dengan : j = rapat arus (ampere/m2)

E = medan listrik (volt/m)

2. Konduksi elektrolisis

Untuk batuan yang termasuk konduktor yang jelek, maka harga

resistivitasnya sangat besar berbeda halnya untuk batuan yang berpori dan

terisi oleh fluida, terutama air. Batuan tersebut disebut sebagai batuan yang

termasuk konduktor elektrolisis. Oleh karena itu harga resistivitas bervariasi

15

bergantung pada mobilitas, konsentrasi dan derajat disosiasi dari ion dan

bergantung pada konstanta dielektrik dari zat pelarut. Konduktivitas dari

batuan berpori sangat bervariasi terhadap volume dan susunan pori serta

sejajar dengan konduktifitas dan banyanya air yang terisi.

Menurut persamaan empiris (Archie, 1942 dalam Anca, 2004)

ρe = aφ−m S−n ρw .........................2.21

dimana : = porositas (fraksi volume pori)

s = fraksi dari pori yang terisi air

w = resistivitas air

n 2

m = konstanta

0.5 a 2.5, 1.3 m 2.5

Konduktivitas air sangat bervariasi bergantung pada jumlah dan

konduktivitas klorida larutan, sulfat dan mineral lain.

Susunan geometri dari celah dalam batuan mempunyai pengaruh yang

kecil, tetapi dapat membuat anisotropi resistivitas, artinya mempunyai

magnitude aliran arus yang karakteristik dari lapisan-lapisan batuan yang

umumnya lebh konduktif dari ukuran lapisan batuan yang lebih besar.

2.6.3 Resistivitas Batuan dan Mineral

Sifat fisik dari semua batuan dan mineral pada umumnya mempunyai

harga resistivitas yang sangat tinggi. Hal tersebut dikarenakan nilai densitas,

kecepatan gelombang dan kandungan radioaktifnya kecil pada harga susepbilitas

magnetic sekitar 105.

16

Konduktor adalah bahan yang harga resistivitasnya kurang dari 10-5–

103 m. Isolator disifatkan dengan adanya ikatan ionik sehingga elektron valensi

tidak bebas bergerak. Perbedaan lain dari konduktor dan semikonduktor adalah

variasinya terhadap suhu. Konduktor konduktivitasnya tinggi ketika suhu sekitar

0K, semikonduktor sebaliknya. Dalam pengelompokkannya konduktor dapat

dibagi menjadi :

a. Konduktor bagus, harga resistivitasnya 10-8 – 1 m

b. Konduktor sedang, harga resistivitasnya 1 – 107 m

c. Konduktor jelek, harga resistivitasnya lebih dari 107 m

2.6.4 Hubungan Resistivitas dengan Derajat Saturasi

Resistivitas juga mempunyai hubungan dengan derajat saturasi, resistivitas

tersatursi penuh dapat dihubungkan dengan yang tidak tersaturasi penuh (Zeyad S.

Abu-Hassanein, Craig H.Benson and Lisa R.Blotz, 1996), sebagai berikut :

ρ s

ρsat= S−B

.........................2.22

dengan : s = tahanan jenis pada derajat saturasi tertentu (m)

sat = tahanan jenis batuan tersaturasi penuh (m)

S = derajat saturasi

B = parameter empiris (kondisi batuan yaitu porositas

terisi air)

Dari persamaan 2.8 didapatkan bahwa peningkatan derajat saturasi air

akan menyebabkan turunnya nilai resistivitas dari tanah. Didapatkan bahwa

konduktivitas batuan tersaturasi yang terukur adalah penjumlahan konduktifitas

batuan tersaturasi penuh dengan konduktivitas permukaan, sedangkan hubungan

17

konduktivitas batuan tersaturasi penuh dengan konduktivitas air pengisi pori

adalah faktor formasi.

Faktor formasi adalah nilai yang menunjukkan adanya hambatan listrik

oleh struktur tanah dalam suatu padatan, dimana porositas memegang peranan

penting dalam konduktivitas listrik dalam suatu padatan (Schon dalam Lukitasari,

2006) sesuai persamaan :

σ b =σa

F+ σk .........................2.23

dengan : b = konduktivitas batuan tersaturasi penuh (S/m)

a = konduktivitas air pengisi pori (S/m)

k = konduktivitas permukaan (S/m)

F = faktor formasi

Hubungan Archi (Archi dalam Brigita, 2006) sesuai persamaan :

R0 = Rw . F = Rw( aΦm )

.........................2.24

dengan : R0 = resistivitas batuan yang tersaturasi air

Rw = resistivitas pori yang terisi air

= porositas

m = eksponen sementasi

2.6.5 Prinsip Dasar Studi Fisika Batuan

Fisika batuan (rock physics) merupakan ilmu yang mempelajari batuan

dengan memanfaatkan prinsip-prinsip dasar fisika. Dalam mempelajari batuan ada

tiga aspek yang penting sebagai dasar melakukan analisis, antara lain : porositas,

permeabilitas dan saturasi.

18

a. Porositas ()

Porositas didefiniskan sebagai perbandingan antara volume ruang yang

kosong (pori-pori) terhadap volume total (bulk volum) dari suatu batuan.

Ruang kosong tersebut dapat merupakan pori-pori yang saling berhubungan

antara satu sama lain tetapi dapat pula merupakan rongga-rongga yang

saling terpisah atau tersekat. Oleh karena itu, ada 2 pengertian tentang

porositas, yaitu :

1. Porositas absolute yang dimaksud sebagai perbandingan antara

seluruh volume pori-pori dengan volume total batuan. Secara

matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

φ = PVBV

x 100 % atau

φ = BV − GVBV

x 100 %.........................2. 25

dimana : PV = Pore Volume (Volume pori-pori), cm3

BV = Bulk Volume (Volume total), cm3

GV = Grain Volume (Volume butiran), cm3

= Porositas, %

2. Porositas efektif dimaksudkan sebagai perbandingan antara volume pori

yang saling berhubungan dengan volume total batuan.

b. Permeabilitas

Permeabilitas merupakan kemampuan batuan untuk mengalirkan

fluida. Secara kuantitatif besarnya permeabilitas suatu batuan ditentukan

19

berdasarkan rumus Darcy (untuk aliran laminar dan viscous). Sifat ini

diturunkan oleh Henry Darcy (1856), yaitu bahwa :

1. Kecepatan alir banding berbanding lurus dengan gradien tekanan :

V = dPdx .........................2.26

2. Kecepatan alir berbanding terbalik dengan viskositas :

V = 1μ .........................2.27

Dari asumsi tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :

V = − kμ

dPdx .........................2.28

dimana : k = bilangan konstan yang disebut permeabilitas.

Tanda – karena dP/dx adalah negative

Harga k dinyatakan dalam satuan Darcy atau dalam satuan mD, dimana :

1 mD = 0.001 Darcy.

dimana : Harga dalam mD

V = kecepatan alir dalam cm/s

= viscositas fluida dalam cp

dPdx = Gradien tekanan dalam atm/cm

Nilai-nilai dan Kisaran Permeabilitas bergantung pada cara yang sangat

kompleks terhadap sifat-sifat ruang pori atau tempat retakan. Pengaruh yang

dominan antara lain :

- Porositas

- Ukuran pori dan distribusinya

20

- Bentuk pori, morfologi permukaan pori, permukaan internal khusus,

- Susunan pori dan rongga pori (topologi jaringan pori)

Berdasarkan hal tersebut maka terlihat jelas kecenderungan :

- Permeabilitas meningkat dengan meningkatnya porositaS

- Permeabilitas meningkat dengan meningkatnya ukuran butir

- Permeabilitas menurun dengan kompaksi dan sementasi

21

Menyiapkan tanah

Pengayakan

Pencampuran

Pengukuran resistivitas

Pemadatan

Sampel

Volgraf

SPSW

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Langkah Kerja

Penelitian ini, digunakan untuk mengetahui pengaruh pemberian tekanan

terhadap resistivitas tanah. Adapun langkah-langkah yang akan ditempuh dalam

penelitian ini sesuai dengan diagram alur dibawah ini:

22

1. Menyiapkan tanah

Tanah yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah tanah pasir

yang berasal dari aktifitas gunung berapi. Tanah pasir ini dapat dijumpai

pada endapan sungai. Tanah pasir ini banyak mengandung butiran batuan

beku andesit.

2. Pengayakan tanah

Sebelum melakukan proses pengayakan, tanah pasir yang telah

diambil dipanaskan terlebih dahulu hingga kering. Tanah pasir yang

kering, kemudian diayak secara bertingkat dengan menggunakan ayakan

dari nomor ¾ sampai dengan ayakan nomor 200. pengayakan dilakukan

dengan cara tanah pasir tadi ditaruh pada ayakan yang bertingkat atau

bersusun mulai dari nomor ¾ sampai dengan nomor 200. Kemudian

ayakan ditutup dan diguncangkan selama 10 menit hingga 15 menit.

Setelah kurang lebih 15 menit, semua tanah yang tertahan pada masing-

masing ayakan, dipisahkan dan dimasukkan kedalam wadah tersendiri.

3. Pencampuran

Tanah hasil ayakan dari nomor 4, 8, 16 dan 40 yang berada pada

wadah, kemudian diambil dan dicampur. Pencampuran tanah harus

dengan komposisi tertentu sesuai dengan tanah tipe tanah yaitu SW dan

SP. Serta komposisi dari campuran harus mempunyai berat total adalah

2,5kg.

23

4. Volgraf digunakan untuk menentukan specivy Gravity dan indeks property

tanah.

Adapun urutan atau proses uji specivy gravity yaitu:

a. Mengambil piknometer kemudian dibersihkan dan dikeringkan.

b. Piknometer diisi dengan air sebanyak 500 ml dan ditimbang.

c. Mengukur temperatur air dengan menggunakan termometer sebagai T1.

d. Mengambil tanah dari masing-masing tipe dalam keadaan kering

sebanyak kira-kiara 100 gr, sebagai W3.

e. Piknometer dari langkah a-c, yang telah terisi air, dibersihkan dan

dikeringkan kemudian diisi dengan tanah yang sudah ditimbang.

f. Memberikan air suling ke dalam piknometer yang berisi tanah sampai

mencapai kira-kira dua pertiga dari volume total.

g. Mendiamkan piknometer selama kurang lebih 1 hari.

h. Menghilangkan udara dari campuran dengan menghubungkan

piknometer ke dalam pompa vakum. Dengan mengurangi tekanan

diharapkan gelembung-gelembung udara keluar dari pori.

i. Menambahkan air ke dalam piknometer sampai mencapai volume total

500 ml. kemudian ditimbang sebagai W2.

j. Mengukur temperatur dari campuran air dan tanah dalam piknometer

(sebagai batas toleransi).

5. Pemadatan

Pemadatan dengan menggunakan proctor standart yang telah menjadi

standar. Adapun langkah-langkah yang digunakan adalah:

24

a. Mengambil tanah yang telah diangin-anginkan dari dua tipe sebanyak

2,5 kg (10 lb).

b. Mengayak tanah dengan ayakan nomor 4. Mengumpulkan semua tanah

yang lolos dari ayakan.

c. Membagi sample tanah menjadi 3 kelompok dengan masing-masing

kelompok 6 kali ulangan.

d. Mencampurkan air dengan kadar NaCl 0 gr/lt pada tanah sehingga

kadar airnya sebanyak 2% (Sampel I). Sedangkan sample II dan III

masing-masing dengan kadar NaCl 10 gr/ltd an 20 gr/lt.

e. Menentukan berat dari cetakan + plat dasar (W2).

f. Memberikan atau memasang silinder perpanjangan pada bagian atas

cetakan.

g. Memasukkan tanah secara bertahap sehingga terbentuk kurang lebih 3

lapisan tanah. Pada tiap lapis tanah harus dipadatkan secara merata

dengan menggunakan pemukul proctor standart dengan variasi

banyaknya pukulan 15, 20, 25, 30 dan 35 kali pada masing-masing

jenis tanah.

h. Memotong kelebihan tanah dengan menggunakan penggaris besi.

i. Menimbang W2 yaitu berat dari cetakan + plat dasar + tanah yang

sudah dipadatkan.

j. Melepaskan plat dasar dari cetakan, kemudian mengeluarkan tanah

yang sudah dipadatkan.

25

LCR meter

6. Pengukuran resistivitas

Pengukuran resistivitas menggunakan metode geolistrik yang

dirancang dengan memakai bahan non-kondusif yaitu pipa PVC berbentuk

silinder dan mempunyai panjang 10 cm. Sebelum melakukan pengukuran,

tanah yang mengandung air dimasukkan pada tabung kemudian elektroda

tembaga diletakkan pada ujung dari sampel dan kemudian diberi tutup, sesuai

dengan gambar.

Untuk mendapatkan resistansi sampel dalam keadaan tersaturasi penuh maka

dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

a. Tabung dalam keadaan kosong dihampakan dan diukur tekanannya.

b. Tabung diisi sampel kemudian dihampakan sampai tekanan sama

dengan tekanan pada langkah a.

c. Dialirkan air ke sampel dengan keadaan hampa udara. Setelah itu

diukur resistivitas dari sampel.

Gambar 3.1.Alat Pengukur Resistivitas

26

3.2 Analisis data

1. Hasil ayakan

Dari hasil pengayakan tanah dimasukkan dalam tabel di bawah ini:

Tabel 1. Data Sampel Tanah Tipe Pertama

Ø (mm) No. Ayakan (%) Tertahan (%) Lolos19.5 ¾”

9.5 3/8”

4.76 4

2.36 8

1.18 16

0.425 40

0.125 100

0.07 200

Tabel 2. Data Sampel Tanah Tipe Kedua

Ø (mm) No. Ayakan (%) Tertahan (%) Lolos19.5 ¾”

9.5 3/8”

4.76 4

2.36 8

1.18 16

0.425 40

0.125 100

0.07 200

Berdasarkan tabel, kemudian dicari besarnya koefisien keseragaman (Cu)

dan koefisien gradasi (Cc) dengan persaman 2.1 dan 2.2.

2. Penentuan Specify Gravity dan indeks property tanah.

27

Selanjutnya menghitung specivy gravity (Gs) tanah yang diuji dengan

menggunakan persamaan 2.12 dan 2.13.

Tabel 3. pengukuran Specify Grafity

Deskripsi Tanah Tanah Pasir TipeSW SP

No. Cawan Berat Cawan Berat Cawan + Tanah BasahBerat Cawan + Tanah KeringBerat Cawan peluberanBerat Cawan peluberan + HgBerat Hg peluberanBerat Tanah BasahVolume TanahBerat AirBerat Tanah KeringNo. PiknometerBerat PiknometerBerat Piknometer + Air Suling Berat Piknometer + Tanah Kering Berat Piknometer + Air Suling + Tanah Kering

3. Pemadatan dengan Proctor Standart.

Setelah specivy gravity diketahui maka dihitung tingkat kepadatan tanah

dengan kandungan air tertentu dan pemadatan tertentu, yaitu dengan

menggunakan persamaan 2.8 dan 2.9.

Tabel 4. Data Pengukuran dan Perhitungan Kepadatan Tanah Pasir tipe SW

28

Sampel W (gr) Wc (%) (gr/cc) d (gr/cc)I.1I.2I.3I.4I.5II.1II.2II.3II.4II.5III.1III.2III.3III.4III.5

Tabel 5. Data Pengukuran dan Perhitungan Kepadatan Tanah Pasir tipe SP

Sampel W (gr) Wc (%) (gr/cc) d (gr/cc)I.1I.2I.3I.4I.5II.1II.2II.3II.4II.5III.1III.2III.3III.4III.5

4. Perhitungan indeks property tanah

Indeks properti tanah yaitu angka pori (e), porositas (), serta

kandungan air maksimum (Wcmax) dapat ditentukan dengan menggunakan

persamanan 2.5, 2.6 dan 2.7.

29

Tabel 6. Porositas dan Derajat Saturasi Awal Tiap kepadatan Pasir SW

SampelVol. pori (cc)

Vol. Butiran

(cc)

Vol. Total (cc)

Massa Air (gr)

Massa Butiran

(gr)

n (%)

Sr (%)

I.1I.2I.3I.4I.5II.1II.2II.3II.4II.5III.1III.2III.3III.4III.5

Tabel 7. Porositas dan Derajat Saturasi Awal Tiap kepadatan Pasir SP

SampelVol. pori (cc)

Vol. Butiran

(cc)

Vol. Total (cc)

Massa Air (gr)

Massa Butiran

(gr)

n (%)

Sr (%)

I.1I.2I.3I.4I.5II.1II.2II.3II.4II.5III.1III.2III.3III.4III.5

5. Resistivitas Sampel Tanah

Pengukuran resistivitas dengan LCR meter pada temperatur lingkungan,

dicatat dalam tabel berikut:

Tabel 8. Resistivitas Tanah Pasir Tipe SW

30

Sampel Wc (%) Resistansi () Resistivitas (m)I.1I.2I.3I.4I.5II.1II.2II.3II.4II.5III.1III.2III.3III.4III.5

Tabel 9. Resistivitas Tanah Pasir Tipe SP

Sampel Wc (%) Resistansi () Resistivitas (m)I.1I.2I.3I.4I.5II.1II.2II.3II.4II.5III.1III.2III.3III.4III.5

Daftar Pustaka

Dunn, I S., Anderson, L. R., Kiefer, F.W. 1980. Dasar-dasar Analisis Geoteknik (terjemahan). Semarang: IKIP Semarang Press.

L. H., Shirley. 1987. Geoteknik dan Mekanika Tanah. Bandung: Nova.

Bowles, J. E., Hainim, J. K. 1984. Sifat-Sifat Fisis Dan Geoteknis Tanah. Penerbit Jakarta: Erlangga.

31

Prasetya, Novan Anca. 2004. Pengukuran Resistivitas Untuk Evaluasi Kepadatan Kering Maksimum Hasil Pemadatan Tanah Pasir, Tugas akhir ITS, Surabaya.

Lukitasari,Brigita Diah. 2006. analysis water infiltration influent for physics

feature of porong’s mud in sidoarjo by using electrical characterization

study, Tugas akhir ITS, Surabaya.

32